JP2020008581A - Measuring device for spindle or rotary table - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1に記載のスピンドルまたは回転テーブルの位置を測定するための測定装置、および対応する測定装置を備えるスピンドルまたは回転テーブルのためのアセンブリに関する。 The invention relates to a measuring device for measuring the position of a spindle or a rotary table according to claim 1, and to an assembly for a spindle or rotary table with a corresponding measuring device.
関連するスピンドルまたは回転テーブルは、加工機または複合工作機械で頻繁に使用される。スピンドルまたはモータスピンドルは、多くの場合には、回転工具、例えばフライスを工作機械内に保持する。ワークピースが回転テーブルに固定され、次いで、例えば、切削加工される。さらに、回転テーブルは測定器で使用され、この用途では、回転テーブルに取り付けられたワークピースが測定される。このようなスピンドルまたは回転テーブルは、シャフトの回転運動を測定するために使用される角度測定装置を備えていることが多い。角度測定装置は、特に、回転運動を測定するための工作機械または測定器において使用される。 Related spindles or rotary tables are frequently used in machine tools or multi-task machines. Spindles or motor spindles often hold rotating tools, for example milling cutters, in machine tools. The work piece is fixed to a rotary table and then, for example, cut. Furthermore, the rotary table is used in a measuring instrument, in which a workpiece mounted on the rotary table is measured. Such spindles or turntables often include an angle measuring device used to measure the rotational movement of the shaft. Angle measuring devices are used in particular in machine tools or measuring instruments for measuring rotary movement.
このようなスピンドルまたは回転テーブルの性能、特に動作時の精度を向上させるという要求が高まっている。 There is an increasing demand for improving the performance of such a spindle or rotary table, particularly the accuracy during operation.
日本国特許出願公開第2010−217167号公報には、シャフトの回転速度の測定を可能にし、シャフトの軸線方向の荷重を推論することを可能にする信号を生成するエンコーダを有する測定装置が開示されている。 Japanese Patent Application Publication No. 2010-217167 discloses a measuring device having an encoder that generates a signal that enables measurement of a rotation speed of a shaft and infers an axial load of the shaft. ing.
本発明の課題は、スピンドルまたは回転テーブルに適しており、作動モードでいくつかの方向に回転軸線の位置を決定することを可能にする測定装置を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a measuring device which is suitable for a spindle or a rotary table and makes it possible to determine the position of the rotation axis in several directions in an operating mode.
本発明によれば、この課題は請求項1の特徴によって解決される。 According to the invention, this task is solved by the features of claim 1.
したがって、測定装置は、スピンドルまたは回転テーブルに適しており、少なくとも2つの第1の位置センサと、少なくとも2つの第2の位置センサと、スケール要素とを備え、スケール要素が、第1の区画もしくは第1のスケールおよび第2の区画または第2のスケールを有する。スケール要素は、回転軸線を中心として第1および第2の位置センサに対して回転可能には位置されている。第1の区画は、互いに平行な第1の方向に沿って互いに整列して配置された規則的なパターンを含み、第1の方向は周方向の方向成分を有する。第2の区画は、互いに平行な第2の方向に沿って整列して配置された規則的なパターンを含み、第2の方向は軸線方向の方向成分を有する。少なくとも2つの第1の位置センサは、周方向に互いにずらして配置されており、少なくとも2つの第1の位置センサによって第1の区画が走査可能であり、回転軸線に対して垂直に配向された平面内のスケール要素の位置(したがって、作動時に荷重が加えられた状態における回転軸線の位置または軸線変位)を決定することができる。さらに、少なくとも1つの第1の位置センサによって第1の区画を走査することによって、第1の位置センサに対してスケール要素の角度位置が1回転内で絶対的に決定可能である。少なくとも2つの第2の位置センサは同様に周方向に互いにずらして配置されており、第2の位置センサによって第2の区画が走査可能であり、スケール要素の軸線方向の位置(したがって、作動時に荷重が加えられた状態における軸線方向の軸線方向変位)が決定可能である。 Thus, the measuring device is suitable for a spindle or a rotary table and comprises at least two first position sensors, at least two second position sensors and a scale element, wherein the scale element is in the first section or It has a first scale and a second section or second scale. The scale element is rotatably positioned about the axis of rotation with respect to the first and second position sensors. The first section includes a regular pattern arranged in alignment with each other along a first direction parallel to each other, the first direction having a circumferential directional component. The second section includes a regular pattern arranged in alignment along a second direction parallel to one another, the second direction having an axial directional component. The at least two first position sensors are circumferentially offset from one another, the first section being scannable by the at least two first position sensors and oriented perpendicular to the axis of rotation. The position of the scale element in the plane (and thus the position of the axis of rotation or the axial displacement under load during operation) can be determined. Further, by scanning the first section with the at least one first position sensor, the angular position of the scale element relative to the first position sensor can be absolutely determined within one revolution. The at least two second position sensors are likewise arranged offset from one another in the circumferential direction, the second position sensor being able to scan the second section and the axial position of the scale element (and thus during operation, The axial displacement in the axial direction when a load is applied can be determined.
少なくとも1つの第1の位置センサによって、第1の位置センサに対するスケール要素の角度位置が1回転内で絶対的に決定可能である。このことは、例えば、第1の区画が絶対的なコードトラックを有するか、または、スケール要素に基準マークが取り付けられており、この基準マークが、インクリメンタルな区画に関連して、1回転内の角度位置の絶対的な決定を可能にするという事実によって達成することができる。 By means of the at least one first position sensor, the angular position of the scale element with respect to the first position sensor can be determined absolutely within one revolution. This means, for example, that the first section has an absolute code track or that a reference mark is attached to the scale element, this reference mark being associated with the incremental section within one revolution. This can be achieved by the fact that it allows an absolute determination of the angular position.
第1の区画の規則的なパターンが互いに整列して配置されている第1の方向は、周方向と同一であってもよい。同様に、周方向に対する第1の方向は、傾いて、もしく斜めに(ただし、周方向に対して垂直にではなく)配置されていてもよい。同様に、第2の区画の規則的なパターンが互いに整列して配置されている第2の方向は、軸線方向と同一に(したがって、回転軸線と平行に)配置されていてもよい。同様に、第2の方向は、軸線方向に対して傾いて、もしくは斜めに(ただし、軸線方向に対して垂直にでなく)配置されていてもよい。例えば、第1の区画の規則的なパターンと第2の区画の規則的なパターンとは、互いに対して矢印のように配向されてもよい。 The first direction in which the regular patterns of the first section are arranged in alignment with each other may be the same as the circumferential direction. Similarly, the first direction with respect to the circumferential direction may be inclined or arranged obliquely (but not perpendicularly to the circumferential direction). Similarly, the second direction in which the regular patterns of the second section are arranged in alignment with one another may be arranged identically to the axial direction (and thus parallel to the axis of rotation). Similarly, the second direction may be inclined or oblique to the axial direction (but not perpendicular to the axial direction). For example, the regular pattern of the first section and the regular pattern of the second section may be oriented as arrows with respect to each other.
有利には、測定装置は、少なくとも3つの第1の位置センサと、少なくとも3つの第2の位置センサとを有する。 Advantageously, the measuring device has at least three first position sensors and at least three second position sensors.
本発明の別の実施形態では、測定装置は、少なくとも1つの電子部品が取り付けられるプリント配線板を有する。この場合、第1の位置センサは電子部品に電気的に接続されており、第1の位置センサの信号は電子部品によって処理可能である。代替的または補足的に、第2の位置センサは電子部品に電気的に接続されており、第2の位置センサの信号は電子部品によって処理可能である。電子部品としては、特に、プロセッサまたはマイクロコントローラが考慮される。 In another embodiment of the invention, the measuring device has a printed wiring board on which at least one electronic component is mounted. In this case, the first position sensor is electrically connected to the electronic component, and the signal of the first position sensor can be processed by the electronic component. Alternatively or additionally, the second position sensor is electrically connected to the electronic component, and the signal of the second position sensor can be processed by the electronic component. In particular, processors or microcontrollers are considered as electronic components.
有利には、プリント配線板は環状の形状を有する。「環状」とは、閉じられたリング形状と理解することができ、この場合、環状のプリント配線板は、360°にわたって延在する閉リングとして構成されている。「環状」という概念は、例えば、少なくとも180°、特に少なくとも270°にわたって延在する開かれたリングセグメントのように、開かれたリング形状と理解することもできる。 Advantageously, the printed wiring board has an annular shape. “Annular” can be understood as a closed ring shape, in which case the annular printed wiring board is configured as a closed ring extending over 360 °. The concept of “annular” can also be understood as an open ring shape, for example an open ring segment extending over at least 180 °, in particular at least 270 °.
有利には、第1の位置センサおよび第2の位置センサは電子部品に電気的に接続されており、スケール要素の角度位置、回転軸線に対して垂直な平面内のスケール要素の位置、およびスケール要素の軸線方向の位置が電子部品によって決定可能である。 Advantageously, the first position sensor and the second position sensor are electrically connected to the electronic component, and the angular position of the scale element, the position of the scale element in a plane perpendicular to the axis of rotation, and the scale The axial position of the element can be determined by the electronic component.
本発明の別の実施形態では、スケール要素の傾き、したがって回転軸線の傾きが第2の位置センサによって決定可能である。特に、少なくとも第2の位置センサが電子部品に電気的に接続されていてもよく、電子部品によってスケール要素の傾きが決定可能である。3つ以上の第2の位置センサが使用される場合には、特に有利である。 In another embodiment of the invention, the inclination of the scale element, and thus the rotation axis, can be determined by the second position sensor. In particular, at least the second position sensor may be electrically connected to the electronic component, with which the inclination of the scale element can be determined. It is particularly advantageous if more than two second position sensors are used.
もちろん適宜に堅固に構成されたスピンドルまたは回転テーブルでは、このような傾きは比較的小さく、理想的な回転軸線に対して1分未満の角度の範囲、例えば、100秒から50秒までの角度の範囲である。したがって、これらの傾きがあっても最小の位置変化しか生じることはなく、測定装置は、極めて高い分解能を有しており、傾きに関する信頼性のある情報または定量的な値を提供することができる。回転軸線が必要に応じて回転することによって、上記傾きは、スケール要素の揺動につながる場合があり、このような揺動は、特に測定された角度位置を加算することによって、測定装置によって定量的に保持することができる。 Of course, with a suitably rigid spindle or rotary table, such an inclination is relatively small, with an angle of less than 1 minute relative to the ideal axis of rotation, for example an angle of 100 to 50 seconds. Range. Therefore, even with these tilts, only minimal changes in position occur, and the measuring device has a very high resolution and can provide reliable information or quantitative values on the tilt. . Due to the rotation of the axis of rotation as required, said tilt may lead to oscillations of the scale element, such oscillations being quantified by the measuring device, especially by adding the measured angular positions. It can be kept in place.
本発明の別の実施形態では、プリント配線板に別のセンサが取り付けられており、このセンサよって加速度もしくは振動、または温度が測定可能である。特に、2つ以上のさらなるセンサがプリント配線板に取り付けられていてもよい。 In another embodiment of the present invention, another sensor is mounted on the printed wiring board, which can measure acceleration or vibration, or temperature. In particular, two or more further sensors may be mounted on the printed wiring board.
有利には、第1の位置センサおよび/または第2の位置センサおよび/またはさらなるセンサによって生成された信号に基づいた情報を記憶するためのデータロガーとして使用することができるメモリチップが、プリント配線板に取り付けられている。 Advantageously, the memory chip, which can be used as a data logger for storing information based on signals generated by the first position sensor and / or the second position sensor and / or a further sensor, comprises: Attached to the board.
有利には、第1の位置センサおよび/または第2の位置センサおよび/またはさらなるセンサは、フレキシブルなプリント配線板によって環状のプリント配線板に接続されている。 Advantageously, the first position sensor and / or the second position sensor and / or the further sensor are connected to the annular printed circuit board by a flexible printed circuit board.
本発明の別の実施形態では、第1の位置センサおよび/または第2の位置センサは磁気センサとして構成されており、第1の区画および/または第2の区画のパターンは磁極として構成されている。第1の位置センサおよび/または第2の位置センサは、例えば、磁気抵抗原理に基づいて動作することができ、またはホールセンサとして構成してもよい。あるいは、測定装置は、光学的または誘導的な測定原理に基づいていてもよく、これらの原理を組み合わせることも可能であり、したがって第2の区画とは異なる原理にしたがって第1の区画を走査することもできる。 In another embodiment of the present invention, the first position sensor and / or the second position sensor is configured as a magnetic sensor, and the pattern of the first section and / or the second section is configured as a magnetic pole. I have. The first position sensor and / or the second position sensor can operate, for example, on the principle of magnetoresistance or may be configured as a Hall sensor. Alternatively, the measuring device may be based on optical or inductive measuring principles, and it is also possible to combine these principles and thus scan the first section according to a different principle than the second section You can also.
有利には、第1の区画を走査することができる第1の位置センサのセンサは、第2の区画を走査することができる第2の位置センサのセンサに対して軸線方向に関してずらして配置されている。 Advantageously, the sensor of the first position sensor capable of scanning the first section is offset with respect to the sensor of the second position sensor capable of scanning the second section in the axial direction. ing.
有利には、少なくとも第2の区画(または両方の区画)は、円筒状のスケール要素の周面に取り付けられている。 Advantageously, at least the second compartment (or both compartments) is mounted on the circumference of the cylindrical scale element.
スケール要素としては、例えば、シャフトに固定することができる環状体が考慮される。しかしながら、代替的に、第1および/または第2の区画は、シャフトに直接に取り付けられていてもよい。 As scale element, for example, an annular body that can be fixed to a shaft is considered. However, alternatively, the first and / or second compartment may be directly attached to the shaft.
本発明は、測定装置を備えるスピンドルまたは回転テーブルのためのアセンブリを含み、このアセンブリは、電子部品が取り付けられるプリント配線板を含み、したがって第1および/または第2の位置センサの信号を電子部品によって処理することができ、このアセンブリはケーシングを含み、プリント配線板はケーシングによって包囲されている。 The invention comprises an assembly for a spindle or a rotary table with a measuring device, which assembly comprises a printed wiring board on which the electronic components are mounted, and thus the signals of the first and / or second position sensors are converted to electronic components. The assembly includes a casing, and the printed wiring board is surrounded by the casing.
有利には、アセンブリは、シャフト、付勢要素、および、転がり軸受として構成された2つの軸受を含む。スケール要素は、シャフトに対して変位可能に取り付けられており、軸受は、スケール要素が軸線方向の付勢力の経路に位置するように付勢要素によって軸線方向に付勢されている。代替的にまたは補足的に、測定装置は、シャフトに対して軸線方向に変位可能に取り付けられた測定装置ケーシングを含み、軸受は、測定装置ケーシングが軸線方向の付勢力の経路に位置するように、付勢部材によって軸線方向に付勢されている。 Advantageously, the assembly comprises a shaft, a biasing element and two bearings configured as rolling bearings. The scale element is displaceably mounted with respect to the shaft, and the bearing is axially biased by the biasing element such that the scale element is in the path of the axial biasing force. Alternatively or additionally, the measuring device comprises a measuring device casing axially displaceable with respect to the shaft, the bearings being arranged such that the measuring device casing is located in the path of the axial biasing force. , And is biased in the axial direction by the biasing member.
本発明の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。 Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
測定装置によって、例えば工具スピンドルの軸線変位をオンラインで検出し、ロータ温度を非接触で測定し、回転軸線の不均衡および振動を記録し、作動条件(最大温度、最大振動、作動時間など)に関する情報をより長い期間にわたって記憶し、再び出力することができる。特に、回転軸線に対して垂直な平面におけるスケール要素の角度位置および位置の測定値(軸線変位)に基づいて、数値制御による加工プロセスもしくは測定プロセスで目標位置の補正を行うことができる。したがって、例えば、スピンドル内にクランプされている切削工具の軌道は、ワークピースの加工時に補正することができる。特に、測定装置は、数値制御に関連して、絶対角度位置に関連して測定装置によって測定された位置データに基づいた補正値が生成されるように構成することができる。 The measuring device detects, for example, the axis displacement of the tool spindle online, measures the rotor temperature in a non-contact manner, records the imbalance and vibration of the rotating axis, and relates to the operating conditions (maximum temperature, maximum vibration, operating time, etc.) The information can be stored for a longer period and output again. In particular, the target position can be corrected in a machining process or a measurement process by numerical control based on the measured value (axial displacement) of the angular position and position of the scale element on a plane perpendicular to the rotation axis. Thus, for example, the trajectory of a cutting tool clamped in a spindle can be corrected when machining a workpiece. In particular, the measuring device can be configured such that, in connection with the numerical control, a correction value is generated based on the position data measured by the measuring device in relation to the absolute angular position.
この目的のために、測定装置は、有利には、2μm未満、特に1μm未満、特に750nm未満の解像度を有することができる。これらの解像度の値は、軸線方向の位置および横方向の位置の両方、すなわち回転軸線に対して垂直な平面における位置を決定する場合に得られる。 For this purpose, the measuring device can advantageously have a resolution of less than 2 μm, in particular less than 1 μm, in particular less than 750 nm. These resolution values are obtained when determining both the axial position and the lateral position, i.e. the position in a plane perpendicular to the axis of rotation.
本発明による測定装置のさらなる詳細および利点は、添付の図面を参照した以下の実施形態の説明から明らかになる。 Further details and advantages of the measuring device according to the invention will become clear from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
図1は、工作機械のスピンドルの縦断面図を示しており、工作機械は、図示の実施形態ではフライス加工機として構成されている。スピンドルは、「ステータ」と呼ぶこともできる第1の構成要素群1と、第1の構成要素群1に対して回転軸Aを中心として回転可能であり、したがってロータとして構成されている第2の構成要素群2とを含む。さらにスピンドルは、ここでは転がり軸受、特にアンギュラコンタクトボール軸受として構成された2つの軸受3,4を備える。スピンドルの第2の構成要素群2は、図示しないモータによって駆動される。
FIG. 1 shows a longitudinal section through a spindle of a machine tool, which in the illustrated embodiment is configured as a milling machine. The spindle comprises a first group of components 1 which may also be referred to as a "stator" and a second group of components which are rotatable about the axis of rotation A with respect to the first group of components 1 and are thus configured as rotors. And the
第1の構成要素群1はケーシング1.20を有し、ケーシング1.20内には軸受3,4および測定装置12が収容されており、ケーシング1.20には測定装置ケーシング1.8が結合されている。軸受3,4の外側リングの間には、さらにスペーサスリーブ1.10が軸方向に配置されている。
The first component group 1 has a casing 1.20, in which the
第2の構成要素群2は、測定装置12のスケール要素2.1と、軸受3,4の内側リングと、スペーサリング2.3と、スペーサスリーブ2.4とが配置されたシャフト2.2を有する。図示の実施形態では、シャフト2.2の一端には、工具ホルダ2.5、ここでは中空シャフト円錐体が固定されている。この工具ホルダ2.5には、フライス加工工具2.6が取り付けられている。
The
まず、図2および図3を参照して、測定装置12について説明する。図2は、スピンドルを通る平面Pの高さで測定装置12の横断面を表し、断面図の内側にはシャフト2.2を見ることができ、シャフト2.2には、スケール要素2.1が軸線方向に変位可能であるが、回転不能に固定されている。シャフト2.2およびスケール要素2.1は、プリント配線板1.7に対して回転可能に配置されており、図2では、明瞭さのために、図1および図3で見ることができる鋳込み材料1.9が示されていない。測定装置12は、3つの第1の位置センサ1.1,1.3,1.5と、3つの第2の位置センサ1.2,1.4,1.6とを備える。第1位置センサ1.1,1.3,1.5は、周方向uにそれぞれ互いにずらして配置されている。同様に、第2の位置センサ1.2,1.4,1.6は、周方向uにそれぞれ互いにずらして配置されている。
First, the measuring
位置センサ1.1〜1.6および環状のプリント配線板1.7は、測定装置ケーシング1.8に回動不能に結合されており、したがってスピンドルのケーシング1.20に回動不能に結合されている。プリント配線板1.7には、とりわけ、第1の電子部品1.71、第2の電子部品1.72、別のセンサ1.73、およびメモリチップ1.74が取り付けられている。 The position sensors 1.1 to 1.6 and the annular printed circuit board 1.7 are non-rotatably connected to the measuring device housing 1.8 and therefore non-rotatably to the spindle housing 1.20. ing. The printed circuit board 1.7 has, among other things, a first electronic component 1.71, a second electronic component 1.72, another sensor 1.73, and a memory chip 1.74.
付勢要素2.21(ここではシャフトナット)によって、機械的付勢力をスピンドルの軸受3,4に導入することができる。提示された実施形態では、測定装置は、シャフト2.2に対して変位可能な環状のスケール要素2.1、および測定装置12のシャフト2.2に対して変位可能な環状の測定装置ケーシング1.8が、軸方向の付勢力の経路に位置するように配置されている。
By means of a biasing element 2.21 (here a shaft nut), a mechanical biasing force can be introduced into the
図3に関して、第1の位置センサ1.1,1.3,1.5に割り当てられた位置センサ1.1を参照して、位置センサ1.1〜1.6の構成を説明する。提示された例示的な実施形態では、すべての位置センサ1.1〜1.6は、本質的に同一に構成されており、それぞれ同じようにプリント配線板1.7に電気的に接触している。ここで、位置センサ1.1〜1.6は、磁気ピックアップとして構成されている。位置センサ1.1は、センサ1.11と、センサ1.11に対して半径方向外側に配置された基板1.12とを含む。基板1.12は、フレキシブルなプリント配線板1.13によって環状のプリント配線板1.7に電気的に接続されている。提示した例示的な実施形態では、センサ1.11は、磁気抵抗式の検出器として構成されている。特に、センサ1.11は、ガラス基板上の磁気抵抗式のパターンとして構成することができ、接触によって基板1.12に電気的に接続することができる。 With reference to FIG. 3, the configuration of the position sensors 1.1 to 1.6 will be described with reference to the position sensors 1.1 assigned to the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5. In the exemplary embodiment presented, all position sensors 1.1 to 1.6 are configured essentially identically, each with the same electrical contact with the printed circuit board 1.7. I have. Here, the position sensors 1.1 to 1.6 are configured as magnetic pickups. The position sensor 1.1 includes a sensor 1.11 and a substrate 1.12 disposed radially outward with respect to the sensor 1.11. The board 1.12 is electrically connected to the annular printed wiring board 1.7 by a flexible printed wiring board 1.13. In the exemplary embodiment presented, the sensor 1.11 is configured as a magneto-resistive detector. In particular, the sensor 1.11 can be configured as a magneto-resistive pattern on a glass substrate and can be electrically connected to the substrate 1.12 by contact.
これに対して、センサ1.11または位置センサ1.1〜1.6とスケール要素2.1との間にはエアギャップがあり、このエアギャップは、提示された実施形態では、200μm未満の寸法を有する。第1の位置センサ1.1,1.3,1.5のセンサは、第2の位置センサ1.2,1.4,1.6のセンサに対して軸方向zに対してずらして配置されている。 In contrast, there is an air gap between the sensor 1.11 or the position sensors 1.1-1.6 and the scale element 2.1, which air gap in the presented embodiment is less than 200 μm. Has dimensions. The sensors of the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5 are displaced in the axial direction z with respect to the sensors of the second position sensors 1.2, 1.4, 1.6. Have been.
図示の実施形態では、スケール要素2.1は円筒状または環状の本体として形成されており、本体の周面には第1の区画2.11および第2の区画2.12の両方が配置され、第1の区画2.11は、第2の区画2.12に対して軸線方向zにずらして配置されている。 In the embodiment shown, the scale element 2.1 is formed as a cylindrical or annular body, on the periphery of which both the first section 2.11 and the second section 2.12 are arranged. , The first section 2.11 is offset from the second section 2.12 in the axial direction z.
図4は、周面側から見たスケール要素2.1の断面図を示す。第1の区画2.11は、第1の方向に沿って互いに平行に整列された規則的なパターンまたは線(図では、白黒の長方形)を含み、第1の方向は、周方向uの方向成分を有する。図示の実施形態では、第1の方向は周方向uと同一である。さらに、第1の区画2.11は基準マーク2.111を含む。 FIG. 4 shows a cross-sectional view of the scale element 2.1 as viewed from the peripheral surface side. The first section 2.11 comprises regular patterns or lines (black and white rectangles in the figure) aligned parallel to each other along a first direction, the first direction being the direction of the circumferential direction u. With components. In the illustrated embodiment, the first direction is the same as the circumferential direction u. Further, the first section 2.11 includes a fiducial mark 2.111.
第2の区画2.12は、互いに平行な第2の方向に沿って整列して配置された規則的なパターンまたは線(図では白黒の長方形)を含み、第2の方向は軸線方向の方向成分を有する。図示の実施形態では、第2の方向は軸線方向zと同一である。 The second section 2.12 includes regular patterns or lines (black and white rectangles in the figure) arranged in alignment along a second direction parallel to each other, the second direction being the axial direction With components. In the illustrated embodiment, the second direction is the same as the axial direction z.
言い換えれば、第1の区画2.11は規則的なパターンを含み、これらの規則的なパターンは、原則として、ここでは長方形に構成されており、長方形の長辺は第2の方向に向けられ、互いに平行に配置されている。図示の実施形態では、第2の方向は、回転軸線Aに対して平行であるか、または方向zに対して平行である。第2の区画2.12は、同様に規則的なパターンを含み、これらのパターンはここでは環状に構成されており、これらのパターンの環状の長辺は第1の方向に配向されており、互いに平行に配置されている。第1の方向は周方向uに延在している。 In other words, the first section 2.11 contains regular patterns, which are, in principle, configured here as rectangular, with the long sides of the rectangle oriented in the second direction. , Are arranged in parallel with each other. In the illustrated embodiment, the second direction is parallel to the rotation axis A or parallel to the direction z. The second section 2.12 also contains regular patterns, which are here arranged in a ring, the long sides of which are oriented in a first direction, They are arranged parallel to each other. The first direction extends in the circumferential direction u.
図示の実施形態のパターンは、北磁極および南磁極として構成されている。 The pattern of the illustrated embodiment is configured as a north pole and a south pole.
第1の位置センサ1.1,1.3,1.5によって、第1の区画2.11が走査可能であり、第1の位置センサ1.1,1.3,1.5によって、第1の位置センサ1.1,1.3,1.5に対するスケール要素2.1の角度位置が決定可能である。角度位置は1回転内で絶対的に決定することができる。この目的で、図3に示すように、インクリメンタルな第1の区画2.11を使用することができ、これにより、基準マーク2.111に関連して1回転にわたる絶対角度位置が得られる。あるいは、第1の区画2.11は、例えば、符号化の意味で擬似ランダムコードまたはグレイコードとして、したがって、一義的なコード値を生成することによって絶対的に構成してもよい。第1の位置センサ1.1,1.3,1.5の信号は電子部品1.71に伝送され、電子部品1.71には、第1の位置センサ1.1,1.3,1.5がプリント配線板1.7の導体路を介して電気的に接続されている。次に、特に角度位置のデジタル値が電子部品1.71によって生成される。さらに、電子部品1.71内の第1の位置センサ1.1,1.3,1.5の位置信号を適切に組み合わせることによって、回転軸線Aに対して垂直に配向された平面P内のスケール要素2.1の位置、すなわち、回転軸線Aの実際の位置のx、y座標が決定される。「横方向位置」とも呼ぶことができるこの位置は、所与のスピンドルでは加工時にフライス加工工具2.6に加えられる荷重に依存する。さらに、シャフト2.2の絶対角度位置は、実際の横方向位置に割り当てられ、例えば、ライス加工工具2.6のどの切り刃がワークピースに係合して、どのような荷重がスピンドルまたはシャフト2.2に加えられるかを検出することができる。 The first section 2.11 can be scanned by the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5, and the first section 2.11 can be scanned by the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5. The angular position of the scale element 2.1 with respect to one position sensor 1.1, 1.3, 1.5 can be determined. The angular position can be determined absolutely within one revolution. For this purpose, as shown in FIG. 3, an incremental first section 2.11 can be used, which gives the absolute angular position over one revolution in relation to the reference mark 2.111. Alternatively, the first section 2.11 may be configured absolutely, for example, as a pseudo-random code or a Gray code in the sense of coding, and thus by generating a unique code value. The signals of the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5 are transmitted to the electronic component 1.71, and the electronic components 1.71 have the first position sensors 1.1, 1.3, 1, 1 . 5 are electrically connected via conductor tracks of the printed wiring board 1.7. Next, a digital value of the angular position, in particular, is generated by the electronic component 1.71. Furthermore, by appropriately combining the position signals of the first position sensors 1.1, 1.3, 1.5 in the electronic component 1.71, the plane P in a plane P oriented perpendicular to the axis of rotation A The position of the scale element 2.1, ie the x, y coordinates of the actual position of the axis of rotation A, is determined. This position, which can also be referred to as the "lateral position", depends on the load applied to the milling tool 2.6 during machining for a given spindle. Furthermore, the absolute angular position of the shaft 2.2 is assigned to the actual lateral position, for example which cutting edge of the rice cutting tool 2.6 engages the workpiece and what load is applied to the spindle or shaft. 2.2 can be detected.
同様に、第2の位置センサ1.2,1.4,1.6は、電子部品1.71に電気的に接続されている。第2の位置センサ1.2,1.4,1.6は、第2の区画2.12を走査するために使用され、第2の位置センサ1.2,1.4,1.6によってスケール要素2.1の軸方向位置が決定可能である。電子部品1.71では、軸線方向の位置にもシャフト2.2の絶対角度位置が割り当てられる。 Similarly, the second position sensors 1.2, 1.4, 1.6 are electrically connected to the electronic component 1.71. The second position sensors 1.2, 1.4, 1.6 are used to scan the second section 2.12, and are scanned by the second position sensors 1.2, 1.4, 1.6. The axial position of the scale element 2.1 can be determined. In the electronic component 1.71, the absolute angular position of the shaft 2.2 is also assigned to the position in the axial direction.
本発明によれば、特にスピンドルまたは回転テーブルにおいて、シャフト2.2の絶対角度位置の関数として、スピンドルまたは回転テーブルの横方向および軸線方向位置を測定することが可能である。上記スピンドルまたは回転テーブルは、いずれにせよ極めて堅固に設計されているので、ここでは、μm以下の範囲で変動する位置測定が行われる。同様に、ケーシング1.1に対する回転軸線Aの傾きを測定することができる。この目的のためにも、特に第2の位置センサ1.2,1.4,1.6の高解像度が必要である。 According to the invention, it is possible to measure the lateral and axial position of the spindle or rotary table, especially as a function of the absolute angular position of the shaft 2.2, at the spindle or rotary table. Since the spindle or the rotary table is in any case designed very robustly, here a position measurement which varies in the range of μm or less is performed. Similarly, the inclination of the rotation axis A with respect to the casing 1.1 can be measured. For this purpose, in particular, a high resolution of the second position sensors 1.2, 1.4, 1.6 is required.
測定装置12の作動時には、別のセンサ1.73からのデータは、データロガーの意味でメモリチップ1.74に記憶され、例えば、発生した温度または衝撃荷重を追跡できるように保管される。
During operation of the measuring
1 第1の構成要素群
1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6 位置センサ
1.11 センサ
1.12 基板
1.13 プリント配線板
1.7 プリント配線板
1.71 第1の電子部品
1.72 第2の電子部品
1.73 別のセンサ
1.74 メモリチップ
1.8 測定装置ケーシング
1.9 鋳込み材料
1.10 スペーサスリーブ
1.20 ケーシング
2 第2の構成要素群
2.1 スケール要素
2.11 第1の区画
2.111 基準マーク
2.12 第2の区画
2.2 シャフト
2.21 付勢要素
2.3 スペーサリング
2.4 スペーサスリーブ
2.5 工具ホルダ
2.6 フライス加工工具
3,4 軸受
12 測定装置
u 週方向
z 軸線方向
A 回転軸線
P 平面
1 First Component Group 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 Position Sensor 1.11 Sensor 1.12 Board 1.13 Printed Wiring Board 1.7 Print Wiring board 1.71 First electronic component 1.72 Second electronic component 1.73 Separate sensor 1.74 Memory chip 1.8 Measuring device casing 1.9 Casting material 1.10 Spacer sleeve 1.20
Claims (15)
少なくとも2つの第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)と、少なくとも2つの第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)と、スケール要素(2.1)とを備え、該スケール要素が、第1の区画(2.11)および第2の区画(2.12)を備え、回転軸線(A)を中心として第1および第2の位置センサ(1.1〜1.6)に対して回転可能に配置されており、
第1の区画(2.11)が、互いに平行な第1の方向に沿って互いに整列して配置された規則的なパターンを含み、第1方向が周方向(u)の方向成分を有し、
第2の区画(2.12)が、互いに平行な第2の方向に沿って互いに整列して配置された規則的なパターンを含み、第2の方向が軸線方向(z)の方向成分を有し、
少なくとも2つの第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)が周方向(u)に互いにずらして配置されており、少なくとも2つの第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)によって第1の区画(2.11)が走査可能であり、回転軸線(A)に対して垂直に配向された平面(P)内のスケール要素(2.1)の位置が決定可能であり、少なくとも1つの第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)によって、第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)に対する1回転内のスケール要素(2.1)の角度位置が絶対的に決定可能であり、
少なくとも2つの第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)が、周方向(u)に互いにずらして配置されており、第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)によって第2の区画(1.2)が走査可能であり、スケール要素(2.1)の軸線方向の位置が決定可能である、スピンドルまたは回転テーブルのための測定装置(12)。 A measuring device (12) for a spindle or a rotary table,
At least two first position sensors (1.1, 1.3, 1.5), at least two second position sensors (1.2, 1.4, 1.6) and a scale element (2 .. 1), wherein the scale element comprises a first section (2.11) and a second section (2.12), and the first and second position sensors about a rotation axis (A). (1.1 to 1.6) are rotatably arranged,
A first section (2.11) comprising a regular pattern arranged in alignment with each other along a first direction parallel to each other, the first direction having a directional component in a circumferential direction (u); ,
A second section (2.12) comprises a regular pattern arranged in alignment with each other along a second direction parallel to each other, wherein the second direction has an axial component (z). And
At least two first position sensors (1.1, 1.3, 1.5) are arranged offset from one another in the circumferential direction (u), and at least two first position sensors (1.1, 1) are arranged. .3, 1.5), the first section (2.11) can be scanned and the scale element (2.1) in a plane (P) oriented perpendicular to the axis of rotation (A). The position is determinable, and is at least one first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) and a value for the first position sensor (1.1, 1.3, 1.5). The angular position of the scale element (2.1) in the rotation is absolutely determinable;
At least two second position sensors (1.2, 1.4, 1.6) are arranged offset from one another in the circumferential direction (u) and the second position sensors (1.2, 1.4). , 1.6), the second section (1.2) can be scanned and the axial position of the scale element (2.1) can be determined, the measuring device (12) for a spindle or rotary table. ).
前記測定装置(12)が、少なくとも3つの第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)と、少なくとも3つの第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)とを有する測定装置(12)。 The measuring device (12) according to claim 1,
The measuring device (12) comprises at least three first position sensors (1.1, 1.3, 1.5) and at least three second position sensors (1.2, 1.4, 1.... (12).
前記測定装置(12)が、少なくとも1つの電子部品(1.71,1.72)が取り付けられたプリント配線板(1.7)を有し、第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および/または第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)が電子部品(1.71,1.72)に電気的に接続されており、第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および/または第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)の信号が、電子部品(1.71,1.72)によって処理可能である測定装置(12)。 The measuring device (12) according to claim 1 or 2,
The measuring device (12) has a printed wiring board (1.7) on which at least one electronic component (1.71, 1.72) is mounted, and a first position sensor (1.1, 1....). 3, 1.5) and / or a second position sensor (1.2, 1.4, 1.6) is electrically connected to the electronic component (1.71, 1.72), Signals of the position sensors (1.1, 1.3, 1.5) and / or the second position sensors (1.2, 1.4, 1.6) of the electronic component (1.71, 1.. A measuring device (12) processable by 72).
前記プリント配線板(1.7)が環状の形状を有する測定装置(12)。 The measuring device (12) according to claim 3,
A measuring device (12), wherein the printed wiring board (1.7) has an annular shape.
第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)が、電子部品(1.71,1.72)に電気的に接続されており、該電子部品(1.71,1.72)によってスケール要素(2.1)の角度位置、平面(P)内の位置、および軸線方向の位置が決定可能である測定装置(12)。 The measuring device (12) according to claim 3 or 4,
The first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) and the second position sensor (1.2, 1.4, 1.6) are used for the electronic component (1.71, 1.72). The electronic component (1.71, 1.72) can determine the angular position, the position in the plane (P), and the axial position of the scale element (2.1) by the electronic component (1.71, 1.72). A measuring device (12).
スケール要素(2.1)および回転線軸(A)の傾きが第2の位置センサ(1.1,1.3,1.5)によって決定可能である測定装置(12)。 The measuring device (12) according to any one of claims 1 to 5,
A measuring device (12) wherein the inclination of the scale element (2.1) and the rotation axis (A) can be determined by a second position sensor (1.1, 1.3, 1.5).
前記プリント配線板(1.7)に別のセンサ(1.73)が取り付けられており、該センサによって加速度または温度が測定可能である測定装置(12)。 The measuring device (12) according to any one of claims 3 to 6,
A measuring device (12) in which another sensor (1.73) is attached to the printed wiring board (1.7), and the acceleration or the temperature can be measured by the sensor.
プリント配線板(1.7)にメモリチップ(1.74)が取り付けらており、該メモリチップが、第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および/または第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)および/または別のセンサ(1.73)によって生成された信号に基づいた情報を記憶するためのデータロガーとして使用可能である測定装置(12)。 The measuring device (12) according to any one of claims 3 to 7,
A memory chip (1.74) is attached to the printed wiring board (1.7), and the memory chip is connected to the first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) and / or the second position sensor. Measuring device usable as a data logger for storing information based on signals generated by a position sensor (1.2, 1.4, 1.6) and / or another sensor (1.73) (12).
前記第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および/または前記第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)および/または前記別のセンサ(1.73)が、フレキシブルなプリント配線板(1.13)によって環状の前記プリント配線板(1.7)に接続されている測定装置(12)。 The measuring device (12) according to any one of claims 3 to 8,
The first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) and / or the second position sensor (1.2, 1.4, 1.6) and / or the another sensor (1 .73) is connected to the annular printed circuit board (1.7) by a flexible printed circuit board (1.13).
前記第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)および/または前記第2の位置センサ(1.2,1.4,1.6)が磁気センサとして構成されており、第1の区画(2.11)および/または第2の区画(2.12)のパターンが磁極として構成されている測定装置(12)。 A measuring device (12) according to any one of the preceding claims,
The first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) and / or the second position sensor (1.2, 1.4, 1.6) are configured as magnetic sensors; A measuring device (12), wherein the pattern of the first section (2.11) and / or the second section (2.12) is configured as a magnetic pole.
第1の位置センサ(1.1,1.3,1.5)のセンサ(1.11)が、第2の位置センサのセンサ(1.2,1.4,1.6)のセンサに対して軸線方向(z)に関してずらして配置されている測定装置(12)。 The measuring device (12) according to any one of the preceding claims,
The sensor (1.11) of the first position sensor (1.1, 1.3, 1.5) replaces the sensor (1.2, 1.4, 1.6) of the second position sensor. A measuring device (12) which is offset relative to the axial direction (z).
第2の区画(2.12)が、円筒状のスケール要素(2.1)の周面に取り付けられている測定装置(12)。 A measuring device (12) according to any one of the preceding claims,
A measuring device (12) in which a second section (2.12) is mounted on the circumference of a cylindrical scale element (2.1).
該アセンブリが請求項3に記載の測定装置(12)を含み、アセンブリがケーシング(1.20)を備え、プリント配線板(1.7)がケーシング(1.20)によって包囲されているアセンブリ。 In an assembly for a spindle or rotary table,
4. An assembly, comprising the measuring device (12) according to claim 3, wherein the assembly comprises a casing (1.20) and the printed wiring board (1.7) is surrounded by the casing (1.20).
前記アセンブリが、シャフト(2.2)、付勢要素(2.21)、および、転がり軸受として構成された2つの軸受(3,4)を含み、前記スケール要素(2.1)がシャフト(2.2)に対して軸線方向に変位可能に取り付けられており、軸受(3,4)が、前記スケール要素(2.1)が軸線方向の付勢力の経路に位置するように付勢部材(2.21)によって軸線方向に付勢されているアセンブリ。 The assembly according to claim 12, wherein
Said assembly comprises a shaft (2.2), a biasing element (2.21) and two bearings (3, 4) configured as rolling bearings, said scale element (2.1) comprising a shaft (2.1). 2.2) axially displaceably mounted with respect to 2.2), wherein the bearings (3, 4) are biased in such a way that said scale element (2.1) is positioned in the path of the axial biasing force. An assembly biased axially by (2.21).
アセンブリが、シャフト(2.2)、付勢要素(2.21)、および、転がり軸受として構成された2つの軸受(3,4)を含み、測定装置(12)が、シャフト(2.2)に対して軸線方向に変位可能に取り付けられた測定装置ケーシング(1.8)を含み、軸受(3,4)が、測定装置ケーシング(1.8)が軸線方向の付勢力の経路に位置するように、付勢部材(2.21)によって軸線方向に付勢されているアセンブリ。 The assembly according to claim 13 or 14,
The assembly comprises a shaft (2.2), a biasing element (2.21) and two bearings (3, 4) configured as rolling bearings, the measuring device (12) comprising a shaft (2.2). ) Comprising a measuring device casing (1.8) mounted axially displaceable with respect to the bearing, wherein the bearings (3, 4) are positioned such that the measuring device casing (1.8) is in the path of the axial biasing force. Assembly biased in the axial direction by a biasing member (2.21).
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